设备参数设置与管理

15.3.5.1　直流设备的制造公差及测量误差

考虑到高压直流设备实际制造过程中存在的不可避免的误差，在主回路参数设计中需要考虑设备制造公差及测量误差。向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程中设备制造公差与测量误差如表15-4所示。

表15-4　设备制造公差和测量误差

15.3.5.2　换流变压器主要参数计算

换流变压器是特高压直流输电工程中最为重要的关键设备之一。其容量巨大，受单台三相大容量变压器生产能力及运输条件的限制，目前特高压直流工程均采用了单相双绕组变压器方案。

1）换流变压器额定电压、电流及容量

换流变压器阀侧线电压与换流器理想空载电压之间的关系为

因此，整流站和逆变站换流变阀侧额定线电压分别为

UvNR=170.3（kV）,UvNI=157.6（kV）

阀侧交流线电流有效值与直流电流关系为

换流变阀侧Y绕组与Δ绕组的额定电流计算式如下：

得到换流变阀侧Y绕组与Δ绕组的额定电流为

IvYN=3266（A）,IvΔN=1886（A）

由此，可得连接6脉动换流器的换流变压器的三相额定总容量为

特高压直流输电工程中采用单相双绕组变压器，其额定容量为式（15-15）中的，即

综上，对于整流站和逆变站的单相双绕组变压器额定容量分别有

Sn2ωR=321.1（MVA）,Sn2ωI=297.1（MVA）

2）换流变短路阻抗、分接头档位

换流变压器是特高压直流输电工程中的关键设备之一，与交流变压器相类似，短路阻抗是换流变的主要参数之一。短路阻抗越大，换流器换相角越大，同时换流变产生的感性无功也更大。向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程中，整流侧复龙换流站换流变短路阻抗设计值为18%，逆变侧奉贤换流站换流变短路阻抗设计值为16.7%。

换流变分接头调节步长为1.25%，复龙站的换流变分接头档数设计为：+23/-5，奉贤站的换流变分接头档数为：+22/-6。

综上，向家坝—上海特高压直流输电工程两端换流变参数如表15-5、表15-6所示。

表15-5　复龙换流站换流变压器设计参数

表15-6　奉贤换流站换流变压器设计参数

15.3.5.3　换流器主要参数计算

1）换流器直流电压降

直流电流通过晶闸管时，会有电压降产生，这个电压降称为晶闸管的正向压降UT。晶闸管的正向压降与晶闸管材料、制造工艺等有关，与通过晶闸管的电流变化关系不是很大，在工程中可以认为该压降是一个恒定值。在向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程中，每个6脉动换流器晶闸管的正向压降为0.3kV。

除了晶闸管正向压降之外，还有晶闸管的阻性压降与换流变压器阀侧铜耗需要考虑，这部分损耗称为换流器的相对阻性压降dr，每个6脉动换流器的dr为[3]

式中， Pcu——换流变及平波电抗器在6脉动换流器额定运行工况下的阻性损耗；

Rth——换流阀的阻性损耗，前面乘以因子2是因为6脉动换流器正常工作时总有两个换流阀同时导通；

UdioN——换流变阀侧额定空载直流电压。

根据工程经验，6脉动换流器的dr一般取为0.3%。

2）换流器额定空载直流电压

根据6脉动换流器电压计算公式[3]：

式中， UdR——整流侧直流电压；

UdI——逆变侧直流电压；

n——换流站内每极包含6脉动换流器的个数，特高压直流输电工程为4；

UdioR——整流侧空载直流电压；

UdioI——逆变侧空载直流电压；

dxR——整流侧换流器相对感性压降；

dxI——逆变侧换流器相对感性压降；

UdioNR——整流侧额定空载直流电压；

UdioNI——逆变侧额定空载直流电压。

在直流系统中，整流侧与逆变侧直流电压关系如下：

根据式（15-20）的关系对式（15-18）和式（15-19）进行变形整理，得到：

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3）换流器额定相对感性压降

根据前述章节中对6脉动换流器的相对阻性压降dr的定义，换流器相对感性压降dx定义如下[3]：

式中，Xt为换相电抗，在不采用PLC滤波器时只由换流变压器短路阻抗提供。

换流器额定相对感性压降dxN与换流变短路阻抗uk的关系为

式中，UvN为换流变阀侧额定线电压；Sn为换流变三相额定总容量。

根据式（15-12）和式（15-15），式（15-22）可简化为

虽然该特高压直流输电工程不再设置PLC滤波器，但因其为PLC设备预备了空间，有些设计还会将PLC滤波器考虑在内，其相对感性压降较小，通常可取为0.2%～0.3%，考虑PLC感性压降时有

故由式（15-24）可计算得到两端换流站的额定相对感性压降在考虑PLC滤波器时为

dxNR=0.092,dxNI=0.0855

不考虑PLC滤波器时为

dxNR=0.09,dxNI=0.0835

PLC滤波器在系统操作过电压计算中影响很小。本节中主参数计算时不考虑PLC滤波器的参数。

4）换流器换相角

换相角是指换流器换相过程所经历的时间用相应的相角表示，是换流器的重要参数之一，其相关计算公式为[3]

根据式（15-25）和式（15-26）可以计算得到在额定运行情况下，整流站和逆变站的换相角为

μR=23.6°,μI=21.3°

5）换流器消耗的无功

换流器运行中会消耗大量的无功，这些无功需要通过无功补偿设备补偿。在额定运行情况下，12脉动换流器消耗的无功功率计算公式为[3]

对于逆变侧，将式（15-28）中的α换为γ即可。每个换流站有两个极，共4个12脉动换流器，据此可以得到两端换流站额定运行条件下消耗的无功功率，计算值如下：

QdNR=3476Mvar,QdNI=3272Mvar

15.3.5.4　平波电抗器

平波电抗器是特高压直流输电工程中的重要设备之一，与直流滤波器共同构成换流站直流滤波电路以减小直流电流谐波分量，同时起到限制来自直流线路侧的电压陡波进入阀厅，抑制直流电流脉动。向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程采用每极极线两台75m H，中性线两台75m H干式空心高压电抗器的布置方式。每极平波电抗总电感值为300m H。

15.3.5.5　中性母线电容器

由于换流变绕组以及穿墙套管对地存在杂散电容，这些杂散电容与中性母线和地构成了谐波电流的回路，使得3倍次谐波电流流过中性母线与地之间。如果不采取措施，会使流过接地极线和接地极的谐波电流分量增大，需要通过在中性线上对地安装电容器提供谐波回路的方式予以消除。该电容器取值同时考虑避免与接地极线敏感频率发生谐振。在向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程中，送端复龙换流站中性母线电容器电容值为16μF，受端奉贤换流站中性母线电容器电容值为15μF。

15.3.5.6　交流滤波器

复龙换流站配置4大组，共14小组的交流滤波器，其中，4组BP11/13滤波器，4组HP24/36滤波器，1组HP3滤波器，5组SC并联滤波器。奉贤换流站配置4大组，共15小组的交流滤波器，其中，8组HP12/24滤波器，7组SC并联滤波器。各滤波器电路及具体参数如图15-15、图15-16和表15-7、表15-8所示，交流滤波器中避雷器参数如表15-9所示[4]。

图15-15　复龙换流站交流滤波器图

图15-16　奉贤换流站交流滤波器图

表15-7　复龙换流站交流滤波器参数

表15-8　奉贤换流站交流滤波器参数

表15-9　交流滤波器中避雷器参数表

15.3.5.7　直流滤波器

复龙换流站及奉贤换流站各配置一组直流2/12/39三调谐直流滤波器，具体电路及参数如图15-17和表15-10所示[5]。

图15-17　直流滤波器电路图

表15-10　直流滤波器参数表

直流滤波器中避雷器参数如表15-11所示。

表15-11　直流滤波器中避雷器参数表

15.3.5.8　阻断滤波器

向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程在复龙换流站中性极线上配置了阻断滤波器，避免直流系统在50Hz频率附近发生谐振。该阻断滤波器由一台75m H的干式空心高压电抗器与135μF的电容并联构成。

15.3.5.9　PLC/RI滤波器

由于直流系统运行时会在交流系统上产生大量的谐波分量，对交流线路载波通信产生影响，以往±500kV直流输电工程都会采用PLC滤波器（Power Line Carrier Noise Filter）来降低直流系统对交流电力线路载波通信的影响。但随着技术的发展，电力系统已逐渐采用光纤及微波通信方式，且向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程两侧换流站附近交流系统已无采用交流线路载波通信的线路与变电站，故该特高压直流工程不再装设PLC滤波器。

与交流线路类似，由于谐波分量的存在，直流线路也会对沿线地区无线电通信造成干扰。为解决这个问题，直流系统中引入了RI滤波器（Radio Interference Filter），RI滤波器由换流变交流侧对地电容及阀厅出线串联电感构成，向家坝—上海±800kV特高压直流输电工程中RI滤波器电感值0.5m H，电容值为2.8n F。